作者：孟娟
小轿车的成本越来越低了，因为大部分材料是塑料。而且很多是开放性塑料。
最早制造小轿车的材料，有钢铁、玻璃、橡胶、橡胶海绵、动物皮、纯棉针织物。
而现在的轿车呢？
材料可是越来越轻便了，有铝合金、塑料玻璃钢、软质聚氨酯泡沫、半硬质聚氨酯泡沫塑料、大量的塑料，还有人造革、化纤针织物。
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聚氨酯材料在汽车上的应用及发展状况
郑成刚
(东风汽车有限公司工艺研究所，湖北十堰442001)
轻量化是汽车工业的发展趋势，高分子材料的大量应用不仅可以实现汽车的轻量化和节能降耗，而且还可以改善汽车的装饰性、舒适性、耐用性和安全性，聚氨酯材料作为高分子材料之一在汽车零部件中得到了广泛的应用，除用于汽车内饰件、外装件，还用于制造各种结构件和功能件，聚氨酯与聚丙烯、聚氯乙烯已成为汽车上3种用量最大的塑料品种。
全球汽车制造业对聚氨酯的使用量超过100万t，其中聚氨酯泡沫塑料占60％，国外一辆普通轿车的用量约为 22kg左右。汽车工业常用的聚氨酯制品形态主要有硬质、半硬质、软质泡沫和聚氨酯弹性体、胶粘剂、涂料等。
1 聚氨酯泡沫塑料 ]
1．1 软质聚氨酯泡沫塑料
软质聚氨酯泡沫具有韧性好、压缩永久变形小、回弹快等特点，其成型工艺有块状连续生产法和模塑法，模塑法具有一次性直接制得所需产品的优势，其中冷熟化发泡成型技术占据主导地位，软质聚氨酯泡沫广泛应用于汽车座垫、靠垫、头枕、顶棚、地垫、门板内衬、遮阳板等制品。
1．1．1 座垫、靠垫、头枕
在汽车行驶过程中，为保证司乘人员的安全，对汽车座垫、靠垫提出了特殊的要求，座位设计应与人体结构保持一致，以改善乘坐时的压力分布。目前，国内汽车用的聚氨酯泡沫座垫大多为均一密度的产品。双硬度或多硬度泡沫则是近几年发展起来的新型汽车座垫，这种双硬度座垫的生产，既可以采用两种配方经由双头或多头混合头注入模具来实现，也可以采用全MDI冷模塑工艺，通过改变异氰酸酯指数来准确控制座垫不同部位的硬度。座垫中部柔软，两侧较硬，软泡沫给人以舒适感，两侧坚硬部分提供支撑性能，当汽车高速行驶或转弯时，有助于保持驾驶员和乘客的身体稳定，提高乘坐的安全性。
1．1．2 汽车顶棚
汽车顶棚不仅起到装饰作用，还发挥着隔热、隔音的功能，一般由饰面材料和抗冲击芯材组成。粘接型汽车顶棚采用软质聚氨酯泡沫作内芯材料，由于复合衬层装饰材料价廉、成型方便，广为轻型客车和载货车使用；整体成型硬质顶棚是采用织物纤维、玻璃纤维、纸板和聚氨酯泡沫经层合压制得到，其里层是硬质聚氨酯泡沫，外层是软质聚氨酯泡沫，这种顶棚一般在轿车上采用，具有形状美观、不易变形、隔热、吸音效果优良等特点 ]。
1．2 半硬质聚氨酯泡沫塑料
半硬质聚氨酯泡沫塑料的特点是具有较高的压缩负荷、突出的减振性能，非常适合制造汽车仪表板、扶手、门柱等部件的防护垫层材料。
仪表板是半硬质聚氨酯泡沫塑料在汽车上应用的一个典型部件，不仅广泛用于轿车，一些载货车、轻型客车也经常使用，用它替代硬质聚丙烯仪表板，可以提高汽车行驶的安全性和舒适性。聚氨酯仪表板目前普遍采用模塑工艺制造，在预先通过旋转铸塑法制成PVC表皮或真空吸塑成型工艺制成ABS／PVC表皮后，放进骨架，采用一步法填充聚氨酯泡
沫材料。近年来，还开发了聚脲一RIM 仪表板，使制品的初始强度和热稳定性得到提高。同时，为解决聚氨酯软质仪表板回收利用困难的问题，正在开发用热塑性聚烯烃TPO表皮、改性聚丙烯PP骨架及聚丙烯发泡材料构成的新型仪表板。
1．3 硬质聚氨酯泡沫塑料
硬质聚氨酯泡沫塑料具有隔热性能出色、强度高、阻燃性好、尺寸稳定、耐化学药品等性能，常用作豪华客车和冷藏车车厢的保温材料。与填充聚苯乙烯泡沫板方法相比，采用现场喷涂发泡制作硬质聚氨酯隔热材料的技术，可以保证优异的填充效果，并与车身内外蒙皮粘接成为一个有机整体，从而有效地提高车体的隔热保温和密封性能，防止车身腐蚀，减小车体振动，降低车内噪声。
发动机隔热罩是硬质聚氨酯泡沫塑料应用的另一重要部件，其材质可以采用聚氨酯泡沫、玻璃纤维毡、尼龙织物层或铝薄膜复合压制而成，具有质轻、隔热性好的特点。
我国聚氨酯泡沫行业将在生产中逐步淘汰氟里昂，并于2010年完全停止使用，所以必须加快寻找氟里昂替代品的步伐。一种采用玻璃纤维增强尼龙PA代替钢骨架的趋势。在制作聚氨酯转向盘工艺过程中，调整原料配比和模具温度，特别是使模具温度与化学发泡反应达到精确平衡，是制得优良成品质量的关键。
2．2 保险杠
保险杠是汽车部件中最早采用塑料制作的大型部件，当前中低档轿车普遍采用改性聚丙烯，高档轿车则采用聚氨酯制造。聚氨酯保险杠是通过使用RIM工艺在模具中注入聚氨酯反应物制作而成，内部一般嵌有钢质加强筋。近年来，开始出现采用微孔聚氨酯弹性体制作新型悬架结构保险杠，由于微孔弹性体硬度低、压缩率高，通过变形能够吸收80％的冲击能量，其余的冲击能量可转移到底架上，这种保险杠具有质轻、安全、平稳、消声的功效。
2-3 车身壁板
聚氨酯车身壁板通常采用RRIM工艺制造，通过短玻璃纤维的增强作用，使聚氨酯制品的弹性模量大大提高，在高、低温条件下均有很好的抗冲击性。采用聚脲一RRIM制造的车身壁板，进一步提高了制品的综合性能，具有优异的耐热性和尺寸稳定性。聚氨酯车身壁板与钢板车身相比，质量轻、耐腐蚀、汽车在低速碰撞时不易变形。
2 RIM 聚氨酯制品 3 聚氨酯弹性体
反应注射成型(RIM)是把多种高反应活性的液体原料通过混合头，注射到密闭模具中进行反应成型而得到制品的工艺方法，在此基础上还发展了增强反应注射成型(RRIM)和结构反应注射成型(SRIM)。近年来，国外对RRIM聚氨酯又作了较大改进，采用增强材料预置于模具中强化制品的物理性能，使其刚性和强度赶上钢材，但质量却只有钢材的55％。RIM是一种很有发展前途的聚氨酯制品工艺，该类聚氨酯制品在汽车上可以制作转向盘、保险杠、车身壁板、发动机罩、行李箱盖、散热器格栅、挡泥板、扰流板等多种部件。
2．1 转向盘
转向盘是汽车安全件之一，为保证驾驶员的行车安全，要求转向盘在发生碰撞时能吸收大部分冲击能量，满足这一要求的最佳材料就是聚氨酯泡沫塑料。汽车转向盘一般采用RIM工艺一次成型制成，其外表是一层坚韧致密的聚氨酯皮层、内部是具有高回弹性的聚氨酯泡沫，从内芯到表皮密度逐渐增大，中间预置钢骨架，从而保证了转向盘既有牢固的强度，又有较好的弹性。基于轻量化考虑，形成了聚氨酯弹性体是一类综合性能优良的材料，模量一般介于塑料和橡胶之间，既具有塑料的高硬度又具有橡胶的高弹性，以及优异的耐磨性、抗振动性、耐油性、耐疲劳性等特点，其加工方法多样，新技术新品种不断涌现，应用前景将十分广阔，在汽车上主要可以用作减振缓冲块、密封件、联轴节、防尘套、转向节衬套、减振器隔膜、弹簧限位块等。
3．1 减振缓冲块
用微孔聚氨酯弹性体制作的减振缓冲块具有优异的抗冲击性能，在汽车底盘上主要作为弹簧辅助件，安装在振动吸收器的活塞杆上，与钢圈弹簧相结合构成汽车的减振系统，产生总体的“渐进性”弹性，满足汽车行驶的平稳性和乘坐的舒适性要求，大大提高减振器的使用寿命。目前，超过90％的轿车都采用微孔聚氨酯减振缓冲块，它与橡胶减振缓冲块相比，具有非常高的可压缩性和变形能力、优良的力学性能以及突出的耐动态疲劳性。
3．2 安全气囊
在汽车上安装安全气囊是现代汽车工业发展的
必然趋势，对保护驾驶员的生命安全有着重大作用。安全气囊必须具有一定的强度，能够承受高速的冲击，还要求有较好的低温柔韧性，因此适合采用聚氨
酯材料来制作。气囊的皮层选用聚氨酯弹性体，背面衬以聚氨酯泡沫，此外也可以使用自结皮聚氨酯泡沫塑料，每个安全气囊的材料用量为200～400 g。
3．3 联轴节
聚氨酯弹性联轴节与普通橡胶联轴节相比，不仅具有优异的耐磨、耐油及减振缓冲性能，而且还有噪声小、传动扭矩大、运转平稳、强度高、使用寿命长等特点，在汽车上已获得日益广泛的应用。随着市场需求不断增加，各种新型聚氨酯弹性体应运而生。美国EAR特种复合材料公司生产的
Isoloss HD高性能阻尼聚氨酯弹性体，在一17．8 的低温环境中仍具有高阻尼性能，而且机械强度高、尺寸稳定性好、能够耐多种溶剂作用，用其制成的胶垫、密封件、套环、缓冲件以及轴封等都具有很好的阻尼作用。最近，巴斯夫公司开发出了一种名为Elastoskin的聚氨酯弹性体，可用于制作汽车表面装修材料，性能优于目前的聚氯乙烯或其它类似的材料，具有良好的耐温性和耐候性，坚固耐用，价格低廉，能够实现多次重复利用。
4 聚氨酯轮胎
轮胎在汽车所有部件中占据十分重要的地位，对汽车行驶性能影响很大。普通橡胶轮胎在使用过程中暴露出寿命较短、耐磨性和抗撕裂强度较差的缺点，还由于材料中添加有芳烃油类致癌物质，报废后回收再生难度较大，所以容易造成环境污染5一。自从1992年法国米其林提出绿色轮胎概念以来，世界各国竞相开发，已成为轮胎行业发展的战略重点。聚氨酯弹性体是目前最耐磨的弹性体，与橡胶相比具有优异的耐磨性和耐介质性、较高的抗撕裂强度，加之生产工艺简单、投资少，废旧轮胎的回收利用容易实现，所以是制造轮胎的理想材料。但是聚氨酯材料耐高温性能较差，在紧急制动时胎面热量积累快、温度高，致使轮胎的性能迅速下降(100的耐磨性和抗撕裂强度只有常温下的20％左右)，成为影响聚氨酯轮胎实用化的主要原因。
聚氨酯轮胎一般采用浇注工艺制造，其结构同目前生产的橡胶轮胎有很大的区别。全聚氨酯充气轮胎的胎体和胎面分别用不同模量的聚氨酯弹性体制作，以适应轮胎不同部位的性能要求。此外，采用子午胎胎体与聚氨酯胎面组成的复合轮胎，既能保持子午胎滚动阻力小、安全舒适性高的优点，又具有聚氨酯弹性体耐磨、无污染的特点，这种复合轮胎的行驶里程比普通轮胎能够提高1～5倍。
国外从20世纪60年代就开始研究聚氨酯轮胎，但总的来说在散热方面没有取得重大突破，已经批量生产的多为低速轮胎。最近，美国固特异轮胎橡胶公司与艾美莱轮胎公司合作，研制出一种由多元醇、二苯甲烷二异氰酸酯与4种添加剂组成的特殊聚氨酯材料，克服了不耐热的缺点，用其制成的新型聚氨酯轮胎均匀性更好，不会出现胎面剥离现象，安全和使用性能可以达到甚至超过橡胶轮胎，艾美莱公司已为这种材料申请了专利，但据固特异公司称，要真正实现聚氨酯轮胎的产业化可能还需要几年的努力。此外，由于氨基甲酸酯基含量高是导致聚氨酯高温性能较差的主要原因，国外研制出由三聚异氰酸酯作原料的聚氨酯弹性体，通常可耐170 的高温。通过不断的开发研究，随着聚氨酯材料性能及其轮胎制造工艺的改善，大规模生产聚氨酯轮胎在不久的将来会成为现实。
5 聚氨酯胶粘剂
5．1 挡风玻璃胶
采用橡胶密封条来实现车窗玻璃与车身的固定密封，仍是目前载货车广为采用的方式，与此同时，轿车和豪华客车的生产已普遍应用单组分湿气固化聚氨酯胶的“直接粘接法”，该工艺不仅能够将车窗玻璃和车身牢固结合成为一个整体，增强车体刚性及抗扭曲能力，使密封性能和安全可靠性明显提高，而且可以减轻车体自身质量，有利于车体动力学设计。
目前，单组分湿气固化聚氨酯挡风玻璃胶通常要与清洗剂、玻璃底剂、漆面底剂配合使用，底剂的采用能够与聚氨酯胶形成化学键结合，提高被粘物表面的附着性，在被粘物与胶粘剂之间发挥桥梁作用，起到增加粘接强度和耐老化性能的作用。
在过去较长一段时问内，我国汽车挡风玻璃胶一直依赖进口，“八五”期间，开发这一品种被列入国家重点科技攻关项目，经过相关研究和生产单位的积极努力，该产品已经实现了国产化。近年来，国外聚氨酯挡风玻璃胶已发展到无底剂新品阶段，取消漆面底剂，简化了操作工艺。瞬时定位型挡风玻璃胶的研究也有报道，在车窗装~eH,J-通过配备加热涂布装置，使微热的胶料对被粘物立刻产生较高的初粘强度，保证车窗玻璃的定位，然后逐步达到完全固化，从而解决了聚氨酯胶固化速度慢，需要夹具配合装配的问题。
5．2 水性聚氨酯胶
汽车内饰用泡沫背衬乙烯基塑料、织物与纤维板和其它硬质基材的粘接，过去一直使用溶剂型胶粘剂，但随着环保法规的El趋严格，世界各国大力开发水性胶粘剂升级产品。
水性聚氨酯胶具有耐水性、耐介质性、粘接强度高、贮存稳定、低温度环境下成膜性好等特点，加上安全环保的优势，使之成为水性胶粘剂的主要发展方向之一，目前，世界上超过1／3的汽车顶棚内衬胶粘剂都属于该类产品，国内轿车生产也正相继采用这一技术。
目前，发达国家正进一步致力于水性聚氨酯胶降低成本、提高性能的研究工作。美国Leung、Pak T等正在开发适用于热成型层压工艺的水性聚氨酯胶，粘接强度和耐热性能远高于目前使用的溶剂型或其它水基胶，所粘接成型的外覆PVC膜的制品可用于制造汽车仪表板、门板以及其它内饰件。El本针对水性聚氨酯胶初粘力小的问题，在聚氨酯中引入环氧树脂，成功地研制出具有良好初粘性的产品。
6 结束语
造技术水平的重要标志，在所有高分子材料中，聚氨酯是目前惟一一种在塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、功能高分子6大领域均可以得到应用的合成材料，国外在车用聚氨酯材料方面发展异常迅速，应用也十分广泛，我国应加速聚氨酯工业的发展及其在汽车领域内应用技术的研究，努力提升中国汽车工业制造技术水平。
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